[發明專利]一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件

在審

• 申請號: 202110762675.X
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113471550A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 汪劍平;傅慶華;陳宇;王遠
• 申請（專利權）人: 浙江恒威電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36
• 代理公司: 浙江永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 侯蘭玉

本發明涉及一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，屬于電化學儲能器件制備技術領域。一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，包括正、負極和電解液，所述負極是金屬鋅或者鋅合金，所述正極是具有電容性能的高比表面積碳材料，其形貌可以是整體塊狀或者粉末狀，所述電解液中含有活性離子溴離子、錳離子中的至少一種或兩種，含有鋅離子，含有硫酸根離子或者硝酸根離子或者氯離子中的至少一種。相對于傳統的鋅離子電池或者混合鋅離子電池，本發明的儲能器件具有高比容量、高能量密度的優點，具有商業化應用的潛力。

技術領域

本發明涉及一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，屬于電化學儲能器件制備技術領域。

背景技術

隨著風能、太陽能、潮汐能等清潔能源的發展，人們迫切需要高效的儲能裝置。此外，新能源汽車、手機、筆記本等可移動設備的飛速發展也迫切需要高能量、高功率密度、環境友好的儲能器件。

水系混合鋅離子電池，采用活性炭類材料作為正極，正極通過離子的吸附脫附進行雙電層電化學儲能，金屬鋅作為負極，負極通過鋅離子溶解沉積進行電池特性的電化學儲能，含有鋅離子的水溶液作為電解液。

活性炭類碳基材料具有循環穩定性好、功率密度高等優點；鋅負極具有高理論比容量(820mAh/g)、高穩定性、無毒、儲量豐富、經濟等優點；水系電解液具有安全環保、廉價等優點。結合以上三方面的優勢，水系混合鋅離子電池正在吸引越來越多研究者的關注，然而，其能量密度仍然較低，不能滿足實際的應用需要。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，該儲能器件具有高比容量的優點。通過提高其比容量，可以實現高能量密度的要求。

一種雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，包括正、負極和電解液，所述負極是金屬鋅或者鋅合金，所述正極是具有電容性能的高比表面積碳材料，其形貌可以是整體塊狀或者粉末狀，所述電解液中含有活性離子溴離子、錳離子中的至少一種或兩種，含有鋅離子，含有硫酸根離子或者硝酸根離子或者氯離子中的至少一種。電解液中的溶劑為去離子水。

本發明中，負極、正極的儲能原理如以下公式所示，此外正極還包括離子吸附脫附的雙電層原理。

負極：

正極：

在本發明中，雙活性離子增強可充放電混合鋅離子電池儲能器件，正極電荷存儲主要來源于雙電層電容和活性離子氧化還原反應過程的電池類型容量，負極主要利用鋅離子的溶解沉積過程進行儲能。

作為優選，電解液中所述溴離子或錳離子或兩者之和的濃度為0.01mol/L～5mol/L。進一步優選，電解液中所述溴離子或錳離子或兩者之和的濃度為0.02mol～2mol/L。進一步優選，電解液中含有溴離子和錳離子，兩者之和的濃度為0.05～0.5mol/L。

作為優選，所述負極的形貌為金屬箔片狀、泡沫狀或者粉末粘結而成的膏狀物。

作為優選，所述碳材料為活性炭、碳納米管、石墨烯中的一種或幾種，優選為比表面積達到1500m²/g以上的活性炭。

作為優選，電解液中，各種離子的濃度范圍為0.001mol/L～10mol/L。

作為優選，所述儲能器件還包括用于負載正極的正極集流體，所述正極集流體為碳布、碳纖維、碳氈、不銹鋼箔、不銹鋼網、鈦片中的一種。

作為優選，所述儲能器件還包括用于裝載正極、負極、電解液的殼體，優選為扣式電池殼、柱狀電池殼。

作為優選，所述儲能器件還包括位于正極和負極之間的隔膜，所述隔膜的材料為玻璃纖維或者無紡布。一般采用Whatman品牌的玻璃纖維隔膜，或者MPF30AC型號的水系隔膜。